WO2011012290A1 - Presse mit einem direkt angetriebenen kurbeltrieb - Google Patents

Presse mit einem direkt angetriebenen kurbeltrieb Download PDF

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WO2011012290A1
WO2011012290A1 PCT/EP2010/004596 EP2010004596W WO2011012290A1 WO 2011012290 A1 WO2011012290 A1 WO 2011012290A1 EP 2010004596 W EP2010004596 W EP 2010004596W WO 2011012290 A1 WO2011012290 A1 WO 2011012290A1
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WO
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press
crankshaft
press according
rotor
drive
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Application number
PCT/EP2010/004596
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Graf
Original Assignee
Dieffenbacher Gmbh + Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dieffenbacher Gmbh + Co. Kg filed Critical Dieffenbacher Gmbh + Co. Kg
Publication of WO2011012290A1 publication Critical patent/WO2011012290A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/26—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by cams, eccentrics, or cranks
    • B30B1/266—Drive systems for the cam, eccentric or crank axis

Definitions

  • the invention relates to a press with a directly driven crank mechanism according to the preamble of claim 1.
  • Manufacturing machines with a reversing ram usually have a motor drive and a crank mechanism, the
  • Movement transforms transforms.
  • manufacturing equipment is used as presses for forming or cutting workpieces.
  • automotive industry required press lines, consisting of several successively arranged presses and associated
  • Transport system for example, from simple supplied coils (flat roll metal tape) complicated geometries, such as fenders,
  • high-speed presses are designed as mechanical presses as shown above.
  • crank mechanism is a drive which can transform a rotational movement (from a motor) into a linear movement and finds in the literature as an eccentric drive or
  • Thrust crank drive or the like precipitated.
  • the main task of the crank mechanism is to convert a rotational movement into a translational movement, using an eccentric or, as will be the case, a crankshaft.
  • On the crankshaft there is an eccentric bearing, which is mounted outside the axis of rotation of the crankshaft, or in the further crankpin, on which a thrust linkage, referred to as the connecting rod, is usually arranged.
  • the power flow of the drive can from the smallest possible denominator of the crank mechanism, a crankshaft and a crank pin, to a plunger over several stations such as cranks, joint drives, u. a. or just a connecting rod.
  • press frame for the supporting frame of the press.
  • all press frames are included in their possible embodiments thereof, such as built press frame of several items (top crosshead and bottom, side stand) as well as press frame in window frame construction.
  • Direct drives and servo presses are characterized by the fact that through the use of, preferably DC motors, via a
  • a drive system for a forming machine has become known that shows a direct drive for a drive system of a press.
  • the shaft output of the direct drive is still translated via a gear before the driving force on the shaft on a
  • crankshaft and finally can be transferred to a crank pin.
  • Main drive shaft (flange, clamping set or splined shaft) with the
  • Main drive shaft must be connected. Especially with large forces in large presses limit these shaft-hub connections the ability to design a press even at high forces smaller and especially with a low moment of inertia. Also, these compounds are extremely vulnerable to alternating load operation, for example, a pendulum stroke, and for incidents.
  • An overload protection for a malfunction (classic case is a workpiece coming from two boards in the press) must be designed so that the shaft-hub connections are not damaged in the event of a fault. But that in turn reduces the
  • the object of the invention is to provide a press that optimizes the previously known drive trains in a press in the field of stiffness, power flow and continuous load capacity.
  • a press especially a large press with high tonnage, to be created, which can do without a high mass in the drive train in the crankshaft and thus is also suitable for a pendulum stroke.
  • the solution of the problem for a press according to the invention can be found in the characterizing part of claim 1.
  • the press can be designed with a short overall length, in particular in an arrangement of the direct drive within the support structure (press frame), which is particularly advantageous for servo presses in press lines for the production of large body parts.
  • connection rod or joint gear connections carried out on the plunger.
  • the distances transversely and longitudinally between the pressure points or the connecting rods can not be chosen arbitrarily, but must be selected according to aspects with regard to the reduction of the ram deflection.
  • the length of the press head in the direction of passage is thus determined by the connecting rod distance and the necessary structure of the main bearing and support structures.
  • the advantages of the invention also show an improved control and regulation quality of the system in this context. Due to the high rigidity of the drive system and the precisely adjustable torque and angular position control of the engine, there is no measurable deviation between two crankpins and thus at the connecting rods on a crankshaft. The process data can additionally be recorded immediately. The press points through the
  • Direct drive no additional mechanical transmission links (e.g., gear stages).
  • the parameters measured on the motor such as speed, torque and angular position, can be converted without errors into ram speed, pressing force and ram position. Falsifications due to frictional losses or torsion, backlash etc. are excellently eliminated.
  • Permanent magnet motors especially at a high drive power, have a fairly high noise level.
  • Noise emissions are easily reduced, e.g. by closing the press head at the top and bottom.
  • the overall efficiency of the press improves significantly, as much less unused forces by the twist or the
  • Torque absorption in the bearings occur in a flying bearing of the engine.
  • the stator of the direct drive can be supported in the press head and / or with a
  • the engine thus has no own storage and the bearing of the rotor within the stator is characterized by the
  • the direct drive is placed on the supporting part of the crankshaft, ie it is located between the pressing force receiving main bearings of the mechanical drive.
  • the motor is then also between the main carrying
  • Support structures (at least two press frames of the press) and
  • the connecting rods or, in the case of joint drives, the pivoting levers leading to the connecting rod can either be located on the left and right of the engine and thus between the engine and the main bearing (support structure of the press head) or on one side between the engine and one of the main bearings
  • Figure 1 is a schematic view of a mechanical press with a
  • Press frame and a press table wherein in the upper part of the press, in the head area, the drive system consisting of two crank gears, each with a crankshaft, a crank pin and a ram operatively connected
  • FIG. 2 shows a further embodiment in side view according to FIG. 1, wherein two connecting rods are also arranged on a tappet, these being driven separately from one another via a crank drive, wherein the crankshaft is replaced by a thru axle and carries an eccentric wheel with a motor arranged directly thereon,
  • FIG. 3 shows another embodiment of the press drive in
  • Figure 4 is a schematic view of a preferred embodiment
  • Figure 5 is a side view of Figure 4 showing the storage of
  • Figure 6 shows a further preferred embodiment of the crank mechanism with a joint drive
  • Figure 7 shows a possible arrangement of the press according to the invention in one
  • the press 21 is at least a press frame 9, a table 8 mounted therein and one by means of at least one
  • this press 21 for incorporation of tools 15 or for the production of workpieces (not shown) by means of at least one manufacturing method used in a tool 15, wherein the tool at least one
  • crankshaft 1 with at least one crank pin 2 and at least one connecting rod 3 is arranged as the crank drive 12, with at least one direct drive driving directly the crankshaft 1 being provided as the motor 14 for driving the crankshaft 1.
  • crank mechanism 12 also called eccentric, may be arranged instead of the connecting rod 3 or between the connecting rod and the crank pin, a hinge drive or a crank or similar intermediate devices, usually for lifting height adjustment, from
  • crank mechanism 12 is operatively connected thereto, wherein these are in turn arranged operatively connected to the ram 5 on the output side.
  • the engine is substantially adjacent to one
  • crankpin 2 is arranged on the crankshaft 1.
  • a so-called crank disk may be integrated in or on the engine.
  • the stator of the motor is designed so that this assumes the function of the crank disc and the crank pin outside the central axis of the crankshaft 1 leads.
  • a rotor (10) or essential parts of the rotor (10) of an engine (10) with at least one crank pin (2) and / or part of the crankshaft (1) is designed as a one-piece machine element.
  • At least one motor (14) can be arranged between the crankpins (2).
  • the rotor 10 of the motor 14 can be arranged on the crankshaft, wherein according to FIGS. 2 and 3,
  • crank mechanism 12 leads, by means of bearings 29 on the
  • Thrust axle 27 is mounted. In this embodiment, preferably rotates only the eccentric 26, which as a one-piece machine element
  • the two bearings 29 between the thru-axle 27 and the eccentric 26 rotatably mounted on the axle 27 can also be designed as a continuous main bearing 29.
  • a holder 30 is provided, which is connected at the top to the press frame 9.
  • the motor 14 has as a direct drive usually a stator 4 with a drive winding 23 and a rotor 10 disposed therein with permanent magnets 23 and would then be designed as a permanent magnet motor.
  • at least one engine 14 is arranged between the crankpins 2 on at least two crankpins 2 on a crankshaft 1.
  • a symmetrical arrangement is preferable in a plurality of motors or crankpins. It can thus be provided that, in the case of several motors 14 and a plurality of crankpins 2, at least two motors 14 are symmetrical to one of the central axes of the
  • Press frame and / or one of the central axes of the plunger 5 and / or to the longitudinal center of the crankshaft 1 and / or arrangement of the crank pin 2 on the crankshaft 1 are arranged. It would also be advantageous if the rotor 10 of the motor 14 and the crankshaft 1 and / or the crank pin 2 consist of a one-piece machine element. Also, in the crank mechanism 12, a height adjustment for the stroke of the plunger 5 may be arranged. An overload protection 11 preserves the press
  • the stator 4 of the motor 14 is arranged with a holder 30 for receiving the reaction torques substantially within the press frame 9 and / or the head region above the up and down plunger 5.
  • the stator 4 of the engine 14 may be arranged to the crankshaft 1 and / or the rotor 10 without a bearing.
  • the stator 4 is guided coaxially to the crankshaft 1 and / or the rotor via the bearings of the crankshaft.
  • the stator 4 of a motor 14 may be arranged on a bearing 31 on the rotor 10 and to compensate for the torques occurring on the stator 4 a
  • Torque support 32 with connection to the press frame 9 make sense.
  • Figure 4 shows that at two
  • each stator 4 of a motor 14 is disposed on a bearing 31 on the rotor 10 and to compensate for the torques occurring at the stators 4 a torque arm 32 with connection to the engine 14 on the adjacent crankshaft first
  • the motor 14 and the crank mechanism 12 may be disposed within a support structure formed by the press frame 9, wherein in particular press force of over 200 tons, preferably over 500 tons, more preferably over 800 tons can be effected in such press frame.
  • the stroke of the plunger 5 of over 300 m, preferably over 600 mm, more preferably of over 900 mm possible.
  • the press 21 for a manufacturing process, at least the primary forming, the separation, the joining, the coating and / or the forming, in particular the
  • FIG. 6 shows, instead of a crank mechanism 12, which has a joint drive 33 instead of the connecting rods 3.
  • FIG. 7 shows the use of the press 21 as the head press 18 of a press line 17, as an incorporation press for tools 15
  • At least one rotor 10 of the motor 14 may be arranged with a flying bearing on at least one end of the crankshaft 1, provided that the execution as a one-piece
  • Machine element is ensured by the rotor to the crank pin.
  • the engine or the rotor of the engine is then located outside the main bearing of the crankshaft or the supporting structure or the press frame of the press.
  • the bearings 24 of the crankshaft 1 in from the
  • Press frame 9 removable bearing plates arranged so that a
  • Opening can be opened with a mounting diameter in the press frame, the diameter of preferably equal to or greater than the diameter of the rotor on the shaft respectively of the largest Diameter on the shaft corresponds. It can be helpful during assembly that a crankshaft 1 divided at least once in the longitudinal axis is arranged in the press, which has, for example, a flange connection, removable bearing journals or a shaft / hub connection.
  • the rotor 10 is arranged undetachably on the crankshaft 1.
  • a shrink fit for the connection of the rotor 12 with the crankshaft 1 a shrink fit, a welded joint, a solder joint, a Reibsch donethetic, a bond and / or another inseparable joint connection can be used.
  • a preferred embodiment of the rotor 10 would be grooves and / or recesses for receiving the
  • Permanent magnets 22 which are used only after the completion of the one-piece machine element.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)

Abstract

Eine Presse (21) mit zumindest einem Pressenrahmen (9), einem darin gelagerten Tisch und einem mittels zumindest eines Kurbeltriebs (12) angetriebenen Stößel (5) zur Einarbeitung von Werkzeugen (15) oder zur Herstellung von Werkstücken mittels zumindest einem Fertigungsverfahren in einem Werkzeug (15), wobei ein Werkzeugoberteil (6) an dem Stößel (5) und ein Werkzeugunterteil (7) an dem Pressentisch (8) angeordnet ist, wobei als Kurbeltrieb (12) zumindest eine Kurbelwelle (1) mit zumindest einem Kurbelzapfen (2) und zumindest einer Pleuelstange (3) angeordnet ist, und wobei als Motor (14) für den Antrieb der Kurbelwelle (1) zumindest ein direkt die Kurbelwelle (1) antreibender Direktantrieb angeordnet ist, wobei zumindest ein Rotor (10) oder wesentliche Teile des Rotors (10) eines Motors (10) mit zumindest einem Kurbelzapfen (2) und/oder einem Teil der Kurbelwelle (1) als ein Maschinenelement angeordnet ist.

Description

Presse mit einem direkt angetriebenen Kurbeltrieb
Die Erfindung betrifft Presse mit einem direkt angetriebenen Kurbeltrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Fertigungsmaschinen mit einem reversierenden Stößel weisen in der Regel einen motorischen Antrieb und einen Kurbeltrieb auf, der die
Rotationsbewegung des Antriebes in eine lineare und reversierende
Bewegung umwandelt. Üblicherweise werden derartige Fertigungsanlagen als Pressen zum Umformen oder Schneiden von Werkstücken verwendet. Insbesondere die Automobilindustrie benötigte Pressenstraßen, bestehend aus mehreren nacheinander angeordneten Pressen und zugehörigem
Transportsystem, um beispielsweise aus einfachen angelieferten Coils (Flachbandrollen aus Metall) komplizierte Geometrien, wie Kotflügel,
Fahrzeugtüren, Katalysatorhüllen und vieles mehr zu fertigen.
Insbesondere schnell laufende Pressenanlagen werden als mechanische Pressen wie oben dargestellt ausgeführt.
Im Stand der Technik haben sich vielerlei unterschiedliche Terminologien eingebürgert, so dass im Zuge dessen einige verwendete Begriffe erklärt und deren bekanntesten Synonyme ohne Anspruch auf Vollständigkeit dargelegt werden. Ein Kurbeltrieb, ist gemäß der Erfindung ein Antrieb, der eine Rotationsbewegung (von einem Motor) in eine Linearbewegung umformen kann und findet in der Fachliteratur auch als Exzenterantrieb oder
Schubkurbelantrieb oder dergleichen seinen Niederschlag. Wie oben ausgeführt ist die Hauptaufgabe des Kurbeltriebes die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, wobei eine Exzenteroder wie im weiteren Verlauf eine Kurbelwelle verwendet wird. Auf der Kurbelwelle findet sich ein außerhalb der Rotationsachse der Kurbelwelle gelagerter Exzenter- bzw. im weiteren Kurbelzapfen, an dem in der Regel ein Schubgestänge, im weiteren Pleuelstange genannt, angeordnet ist.
Der Kraftfluss des Antriebs kann vom kleinsten Möglichen Nenner des Kurbeltriebs, einer Kurbelwelle und einem Kurbelzapfen, bis hin zu einem Stößel über mehrere Stationen wie Schubkurbeln, Gelenktriebe, u. a. oder auch nur einer Pleuelstange laufen.
Weiter steht der Begriff Pressenrahmen für das tragende Gestell der Presse. Im Sinne der Erfindung sind davon alle Pressengestelle in ihren möglichen Ausführungsformen umfasst, wie zum Beispiel gebaute Pressenrahmen aus mehreren Einzelteilen (Querhaupt oben und unten, Seitenständer) wie auch Pressenrahmen in Fensterrahmenkonstruktion.
Direktantriebe und Servopressen zeichnen sich dadurch aus, dass durch die Verwendung, vorzugsweise von Gleichstrommotoren, über einen
Pressenhub (OT - UT - OT) verschiedene Geschwindigkeitsgradienten einstellen lassen. Auch ein Pendelhubbetrieb ist möglich ohne eine immerwährende Gefahr der Überlastung von komplizierter Zahnradgetrieben, sofern diese vorhanden sind.
Aus DE 28 40 710 ist ein Antriebssystem für eine Umformmaschine bekannt geworden, dass einen Direktantrieb für ein Antriebssystem einer Presse zeigt. Dabei wird der Wellenausgang des Direktantriebes noch über ein Getriebe übersetzt, bevor die Antriebskraft über die Welle auf eine
Kurbelscheibe und schließlich auf einen Kurbelzapfen übertragen werden kann.
Aus DE 102 60 127 A1 ist ebenfalls ein Direktantrieb bekannt geworden, der außenseitig an einer Welle angeflanscht ist und seine Antriebskraft ohne die Zuhilfenahme eines Übersetzungsgetriebes direkt an die Kurbelwelle abgibt.
Alle diese Offenbarungen zeigen den gravierenden Nachteil, dass der Motor über eine Kupplung oder durch direktes aufsetzen auf die
Hauptantriebswelle (Flansch, Spannsatz oder Vielkeilwelle) mit der
Hauptantriebswelle verbunden werden muss. Gerade bei großen Kräften in Großpressen limitieren diese Welle-Naben-Verbindungen die Möglichkeit eine Presse auch bei hohen Kräften kleiner und insbesondere mit einem geringen Trägheitsmoment auszulegen. Auch sind diese Verbindungen extrem anfällig für Wechsellastbetrieb, beispielsweise bei einem Pendelhub, und für Störfälle. Eine Überlastsicherung für einen Störfall (klassischer Fall ist ein in der Presse zu liegen kommendes Werkstück aus zwei Platinen) muss so ausgelegt sein, dass die Welle-Naben-Verbindungen bei einem Störfall nicht geschädigt werden. Das reduziert aber wiederum die
Dauerbelastbarkeit der Überlastsicherung, die bei stark belasteten Pressen bei schlechter oder falscher Dimensionierung auch im Normalbetrieb auslöst. Weiter ist von Nachteil, dass der Motor außerhalb der tragenden Strukturen der Presse respektive des Pressenkopfes angeordnet ist und entsprechende Probleme beim Bauraum, beim Lärmschutz und bei der Steifigkeit des Antriebssystems mit sich bringt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Presse zu schaffen, die die bisher bekannten Antriebsstränge in einer Presse im Bereich der Steifigkeit, des Kraftflusses und Dauerbelastbarkeit optimiert. Weiter soll eine Presse, insbesondere eine Großpresse mit hoher Tonnage, geschaffen werden, die im Antriebsstrang auf eine hohe bewegte Masse im Bereich der Kurbelwelle verzichten kann und damit auch für einen Pendelhub geeignet ist.
Gleichzeitig wird der notwendige Bauraum der Presse mit einem
Direktantrieb wesentlich optimiert und verkleinert und es lassen sich einfache Maßnahmen zur Geräuschdämmung des Antriebsstranges durch Kapselung des im Wesentlichen zum Kurbeltrieb angrenzend verbauten Motors verwirklichen.
Die Lösung der Aufgabe für eine erfindungsgemäße Presse findet sich im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergeben sich die folgenden Vorteile: Die Presse kann, insbesondere bei einer Anordnung des Direktantriebes innerhalb der Tragstruktur (Pressenrahmen) mit einer kurzen Baulänge ausgeführt werden, was insbesondere bei Servopressen in Pressenstraßen für die Herstellung von Großkarosserieteilen von Vorteil ist. Um die
Transportwege zwischen den Pressen möglichst kurz zu halten, müssen die Pressen dicht hintereinander stehen. Je kürzer der Abstand, je schneller die Transferzeiten. Großpressen sind meist mit vier Druckpunkten
(Pleuelstangen- oder Gelenkgetriebeanbindungen) am Stößel ausgeführt. Die Abstände quer und längs zwischen den Druckpunkten respektive der Pleuelstangen, kann nicht beliebig gewählt werden, sondern muss nach Gesichtpunkten im Hinblick auf die Reduzierung der Stößeldurchbiegung gewählt werden. Somit kann sich beispielsweise in Durchlaufrichtung (=Achsrichtung der Hauptantriebswelle) der Presse ein Pleuelabstand von 1.800 mm ergeben. Die Länge des Pressenkopfes in Durchlaufrichtung wird somit durch den Pleuelstangenabstand und den notwendigen Aufbau der Hauptlager und Tragstrukturen bestimmt.
Durch die Vorteile durch die Erfindung zeigt sich in diesem Zusammenhang auch eine verbesserte Steuerungs- und Regelungstechnische Qualität des Systems. Durch die hohe Steifigkeit des Antriebssystems und die genau einstellbare Momenten- und Winkelpositionsregelung des Motors ergeben sich keine messbaren Abweichung zwischen zwei Kurbelzapfen und damit an den Pleuelstangen an einer Kurbelwelle. Die Prozessdaten können zusätzlich unmittelbar erfasst werden. Die Presse weist durch den
Direktantrieb keine zusätzlichen mechanischen Übertragungsglieder (z.B. Getriebestufen) auf. Die am Motor gemessenen Parameter wie Drehzahl, Drehmoment und Winkellage, kann ohne Fehler in Stößelgeschwindigkeit, Presskraft und Stößelposition umgerechnet werden. Verfälschungen durch Reibverluste oder Torsion, Zahnflankenspiel etc. sind hervorragend eliminiert.
Permanentmagnetmotoren, insbesondere bei einer hohen Antriebsleistung, haben einen recht hohen Geräuschpegel. Durch den Einbau in den
Pressenkopf, kann durch relativ einfache Maßnahmen, die
Geräuschemissionen einfach reduziert werden, z.B. durch Verschließen des Pressenkopfes an der Ober- und Unterseite.
Auch verbessert sich der Gesamtwirkungsgrad der Presse deutlich, da wesentlich weniger unbenutzte Kräfte durch die Torsion oder die
Momentenaufnahme in den Lagern bei einer fliegenden Lagerung des Motors auftreten. In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann der Stator des Direktantriebes im Pressenkopf abgestützt und/oder mit einer
entsprechenden Drehmomentenstütze versehen werden. Gegenüber einem konventionellen Direktantrieb, hat der Motor somit keine eigene Lagerung und die Lagerung des Rotors innerhalb des Stators wird durch die
Hauptlagerung der Kurbelwelle mit übernommen. Dadurch fallen keine zusätzlichen Verluste mehr an. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, insbesondere bei Großpressen hoher Tonnage, wird der Direktantrieb auf den tragenden Teil der Kurbelwelle gesetzt, d.h. er befindet sich zwischen den Presskraft aufnehmenden Hauptlagern des mechanischen Antriebs. Vorzugsweise befindet sich der Motor dann auch zwischen den haupttragenden
Tragstrukturen (zumindest zwei Pressenrahmen der Presse) und
konzentrisch zu der Hauptantriebswelle (Kurbelwelle). Die Pleuelstangen, bzw. bei Gelenkantrieben die Schwenkhebel die zur Pleuelstange führen, können sich hierbei entweder links und rechts vom Motor und somit zwischen Motor und Hauptlager (Tragstruktur des Pressenkopfes) oder einseitig zwischen Motor und einem der Hauptlager befinden
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden
Beschreibung mit der Zeichnung hervor.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer mechanischen Presse mit einem
Pressenrahmen und einem Pressentisch, wobei im oberen Bereich der Presse, im Kopfbereich, das Antriebssystem, bestehend aus zwei Kurbeltrieben mit jeweils einer Kurbelwelle, einem Kurbelzapfen und einer mit einem Stößel wirkverbundenen
Pleuelstange, Figur 2 eine weitere Ausführungsform in Seitenansicht nach Figur 1 , wobei hier ebenfalls zwei Pleuelstangen auf einem Stößel angeordnet sind, wobei diese getrennt voneinander über einen Kurbeltrieb angetrieben werden, wobei die Kurbelwelle durch eine Steckachse ersetzt ist und ein Exzenterrad mit direkt daran angeordnetem Motor trägt,
Figur 3 eine weiteres Ausführungsbeispiel des Pressenantriebes in
Seitenansicht nach Figur 2, wobei der Motor auf einer Kurbelwelle zwischen zwei Kurbelzapfen angeordnet ist,
Figur 4 eine schematische Ansicht einer bevorzugten
Reaktionskompensation zweier angetriebenen Kurbelwellen mit einer Lagerung des Motors auf der Kurbelwelle,
Figur 5 eine Seitenansicht nach Figur 4 zur Darstellung der Lagerung des
Motors auf der Kurbelwelle,
Figur 6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Kurbeltriebes mit einem Gelenkantrieb und
Figur 7 eine mögliche Anordnung der erfindungsgemäßen Presse in einer
Pressenstraße. Nach Figur 1 besteht die Presse 21 zumindest aus einem Pressenrahmen 9, einem darin gelagerten Tisch 8 und einem mittels zumindest eines
Kurbeltriebs 12 angetriebenen Stößel 5. Vorzugsweise wird diese Presse 21 zur Einarbeitung von Werkzeugen 15 oder zur Herstellung von Werkstücken (nicht dargestellt) mittels zumindest einem Fertigungsverfahren in einem Werkzeug 15 verwendet, wobei das Werkzeug zumindest aus einem
Werkzeugoberteil 6 an dem Stößel 5 und einem Werkzeugunterteil 7 an dem Pressentisch 8 besteht. Als Kurbeltrieb 12 ist zumindest eine Kurbelwelle 1 mit zumindest einem Kurbelzapfen 2 und zumindest einer Pleuelstange 3 angeordnet, wobei als Motor 14 für den Antrieb der Kurbelwelle 1 zumindest ein direkt die Kurbelwelle 1 antreibender Direktantrieb vorgesehen ist. In dem Kurbeltrieb 12, auch Exzenterantrieb genannt, kann anstelle der Pleuelstange 3 oder zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen ein Gelenktrieb oder eine Schubkurbel oder ähnliche Zwischenvorrichtungen angeordnet sein, die üblicherweise zur Hubhöhenverstellung, aus
Sicherheitsgründen oder zur Einstellung der Sinuskurve des
Bewegungsverlaufes des Stößels benutzt werden.
Insbesondere ist zum Antrieb eines Kniehebeltriebs, eines Gelenktrieb, einem weiteren Kurbeltrieb oder einer Kombination daraus der Kurbeltrieb 12 mit diesen wirkverbunden angeordnet, wobei diese wiederum abtriebsseitig mit dem Stößel 5 wirkverbunden angeordnet sind.
Nach Figur 2 ist der Motor im Wesentlichen angrenzend zu einem
Kurbelzapfen 2 an der Kurbelwelle 1 angeordnet. Je nach Ausführungsform und Definitionslage kann eine so genannte Kurbelscheibe im oder am Motor integriert sein. Bevorzugt ist dabei der Stator des Motors so ausgeführt, dass dieser die Funktion der Kurbelscheibe übernimmt und den Kurbelzapfen außerhalb der Mittelachse der Kurbelwelle 1 führt.
Bevorzugt ist ein Rotor (10) oder wesentliche Teile des Rotors (10) eines Motors (10) mit zumindest einem Kurbelzapfen (2) und/oder einem Teil der Kurbelwelle (1 ) als ein einstückiges Maschinenelement ausgeführt.
Bei zwei angeordneten Kurbelzapfen (2) auf der Kurbelwelle (1 ) kann zumindest ein Motor (14) zwischen den Kurbelzapfen (2) angeordnet sein.
Wie aus den Figur 2 und 3 ersichtlich kann der Rotor 10 des Motors 14 auf der Kurbelwelle angeordnet sein, wobei nach Figur 2 jeweils eine
Steckachse 27 einen Kurbeltrieb 12 führt, der mittels Lager 29 auf der
Steckachse 27 gelagert ist. Bei dieser Ausführung dreht sich bevorzugt nur das Exzenterrad 26, das als ein einstückiges Maschinenelement den
Kurbelzapfen 2 und den Rotor 10 ausbildet. Bereits hier zeigt sich die extremste Minimierung der bewegten Masse für eine Presse 21.
Ausgehende von dem Aufbau können die zwei Lager 29 zwischen der Steckachse 27 und dem auf der Steckachse 27 sich drehbar gelagerten Exzenterrad 26 auch als ein zusammenhängendes Hauptlager 29 ausgeführt werden. Zum Drehmomentenausgleich und/oder zur Lagerung des Motors 14 ist eine Halterung 30 vorgesehen, die oben mit dem Pressenrahmen 9 verbunden ist. Der Motor 14 weist als Direktantrieb in der Regel einen Stator 4 mit einer Antriebswicklung 23 und einen darin angeordneten Rotor 10 mit Permanentmagneten 23 und wäre dann als ein Permanent-Magnet-Motor ausgeführt. Nach Figur 3 ist bei zumindest zwei Kurbelzapfen 2 auf einer Kurbelwelle 1 zumindest ein Motor 14 zwischen den Kurbelzapfen 2 angeordnet.
Insbesondere ist bei einer Mehrzahl an Motoren oder Kurbelzapfen eine symmetrische Anordnung zu bevorzugen. Es kann also vorgesehen sein, dass bei mehreren Motoren 14 und mehreren Kurbelzapfen 2 zumindest zwei Motoren 14 symmetrisch zu einer der Mittelachsen des
Pressenrahmens und/oder einer der Mittelachsen des Stößels 5 und/oder zum Längsmittelpunkt der Kurbelwelle 1 und/oder zur Anordnung der Kurbelzapfen 2 auf der Kurbelwelle 1 angeordnet sind. Von Vorteil wäre auch, wenn der Rotor 10 des Motors 14 und die Kurbelwelle 1 und/oder der Kurbelzapfen 2 aus einem einstückigen Maschinenelement bestehen. Auch kann in dem Kurbeltrieb 12 eine Höhenverstellung für den Hub des Stößels 5 angeordnet sein. Eine Überlastsicherung 11 bewahrt die Presse bei
Störfällen vor größeren Schäden und entkoppelt im Schadensfall die
Pleuelstangen 3 vom Stößel 5.
Vorzugsweise ist der Stator 4 des Motors 14 mit einer Halterung 30 zur Aufnahme der Reaktionsdrehmomente im Wesentlichen innerhalb des Pressenrahmens 9 und/oder dem Kopfbereich oberhalb des auf- und abfahrenden Stößels 5 angeordnet. Alternativ kann der Stator 4 des Motors 14 zur Kurbelwelle 1 und/oder zum Rotor 10 ohne eine Lagerung angeordnet sein. In den Figuren 4 und 5 ist der Stator 4 koaxial zur Kurbelwelle 1 und/oder der Rotor über die Lager der Kurbelwelle geführt. Dabei kann der Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager 31 an dem Rotor 10 angeordnet sein und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an dem Stator 4 eine
Drehmomentenstütze 32 mit Verbindung zum Pressenrahmen 9 sinnvoll erscheinen. Insbesondere nach Figur 4 zeigt sich, dass bei zwei
angeordneten Kurbelwellen 1 jeder Stator 4 eines Motors 14 auf einem Lager 31 an dem Rotor 10 angeordnet ist und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an den Statoren 4 eine Drehmomentenstütze 32 mit Verbindung zum Motor 14 auf der benachbarten Kurbelwelle 1
angeordnet eine gegenseitige Abstützung der Drehmomente ermöglicht. Dies hat insbesondere Vorteile hinsichtlich der Schwingungsübertragung auf den Pressenrahmen 9.
Wie dargestellt kann der Motor 14 und der Kurbeltrieb 12 innerhalb einer durch den Pressenrahmen 9 gebildete Tragkonstruktion angeordnet sein, wobei bei derartigen Pressenrahmen insbesondere eine Presskraft von über 200 Tonnen, bevorzugt über 500 Tonnen, besonders bevorzugt von über 800 Tonnen bewirkt werden kann. Insbesondere ist bei derartigen Pressen der Hub des Stößels 5 von über 300 m, bevorzugt über 600 mm, besonders bevorzugt von über 900 mm möglich. Bevorzugt wird die Presse 21 für ein Fertigungsverfahren, das zumindest das Urformen, das Trennen, das Fügen, das Beschichten und/oder das Umformen, insbesondere das
Metallumformen, umfasst, verwendet. Figur 6 zeigt anstelle eines Kurbeltrieb 12, der anstelle der Pleuelstangen 3 einen Gelenkantrieb 33 aufweist. Figur 7 zeigt die Verwendung der Presse 21 als Kopfpresse 18 einer Pressenstraße 17, als Einarbeitungspresse für Werkzeuge 15 einer
Pressenstraße 17 und/oder als zumindest eine Transferpresse 16 in einer Transferpressenstraße 17 und/oder als Vorpresse 19 in Fertigungsrichtung 20 vor einer Transferpressenstraße 17.
Im Rahmen der Erfindung kann auch zumindest ein Rotor 10 des Motors 14 mit einer fliegenden Lagerung an zumindest einem Ende der Kurbelwelle 1 angeordnet sein kann, sofern die die Ausführung als einstückiges
Maschinenelement von Rotor bis zum Kurbelzapfen gewährleistet ist. Der Motor respektive der Rotor des Motors befindet sich dann außerhalb der Hauptlagerung der Kurbelwelle bzw. der tragenden Struktur respektive des Pressenrahmens der Presse.
Vorzugsweise sind die Lager 24 der Kurbelwelle 1 in aus dem
Pressenrahmen 9 entnehmbaren Lagerschildern angeordnet, damit eine
Öffnung mit einem Montagedurchmesser im Pressenrahmen eröffnet werden kann, die vom Durchmesser her vorzugsweise gleich oder größer als der Durchmesser des Rotors auf der Welle respektive des größten Durchmessers auf der Welle entspricht. Es kann bei der Montage hilfreich sein, dass eine in der Längsachse zumindest einmal geteilte Kurbelwelle 1 in der Presse angeordnet ist, die beispielsweise eine Flanschverbindung, abnehmbare Lagerzapfen oder eine Welle/Nabe-Verbindung aufweist.
Besonders bevorzugt ist der Rotor 10 auf der Kurbelwelle 1 unlösbar angeordnet. Hierzu kann zur Verbindung des Rotors 12 mit der Kurbelwelle 1 eine Schrumpfpassung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Reibschweißverbindung, eine Verklebung und/oder eine andere untrennbare Fügeverbindung verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführung des Rotors 10 wären Nuten und/oder Vertiefungen zur Aufnahme der
Permanentmagneten 22, die erst nach der Fertigstellung des einstückigen Maschinenelements eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste:
1. Kurbelwelle 20 18. Kopfpresse
2. Kurbelzapfen 19. Vorpresse
3. Pleuelstange 20. Fertigungsrichtung
4. Stator 21. Presse
5. Stössel 22. Permanentmagnet
6. Werkzeugoberteil 25 23. Antriebswicklung
7. Werkzeugunterteil 24. Lager in 9
8. Tisch 25. Lagerdeckel
9. Pressenrahmen 26. Exzenterrad
10. Rotor 27. Steckachse
11. Überlastsicherung 30 28. Montageöffnung
12. Kurbeltrieb 29. Lager für 26
13. 30. Halterung
14. Motor 31. Motorlager
15. Werkzeug 32. Drehmomentenstütze
16. Transferpresse 35 33. Gelenkantrieb
17. Transferpressenstraße

Claims

Patentansprüche
1. Presse (21 ) mit zumindest einem Pressenrahmen (9), einem darin gelagerten Tisch und einem mittels zumindest eines Kurbeltriebs
(12) angetriebenen Stößel (5) zur Einarbeitung von Werkzeugen (15) oder zur Herstellung von Werkstücken mittels zumindest einem Fertigungsverfahren in einem Werkzeug (15), wobei ein
Werkzeugoberteil (6) an dem Stößel (5) und ein Werkzeugunterteil (7) an dem Pressentisch (8) angeordnet ist, wobei als Kurbeltrieb
(12) zumindest eine Kurbelwelle (1 ) mit zumindest einem
Kurbelzapfen (2) und zumindest einer Pleuelstange (3) angeordnet ist, und wobei als Motor (14) für den Antrieb der Kurbelwelle (1 ) zumindest ein direkt die Kurbelwelle (1) antreibender Direktantrieb angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rotor (10) oder wesentliche Teile des Rotors (10) eines Motors (10) mit zumindest einem Kurbelzapfen (2) und/oder einem Teil der Kurbelwelle (1) als ein Maschinenelement angeordnet ist.
2. Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei angeordneten Kurbelzapfen (2) auf der
Kurbelwelle (1 ) zumindest ein Motor (14) zwischen den
Kurbelzapfen (2) angeordnet ist, wobei der oder die Rotoren (10) der Motoren (14) mit zumindest einem Kurbelzapfen (2) und/oder einem Teil der Kurbelwelle (1) als ein einstückiges
Maschinenelement ausgeführt sind.
3. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Motor (14) bei zumindest zwei Kurbelzapfen (2) zwischen den
Kurbelzapfen (2) angeordnet ist.
4. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Motoren (14) und mehreren Kurbelzapfen (2) zumindest zwei Motoren (14) symmetrisch zu einer der Mittelachsen des Pressenrahmens und/oder einer der Mittelachsen des Stößels (5)und/oder
zum Längsmittelpunkt der Kurbelwelle (1 ) und/oder zur Anordnung der Kurbelzapfen (2) auf der Kurbelwelle (1) angeordnet sind.
5. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kurbeltrieb (12) eine Höhenverstellung für den Hub des Stößels (5) angeordnet ist.
6. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kurbeltrieb (12) und dem Stößel (5) ein Kniehebeltrieb und/oder ein Gelenktrieb angeordnet ist.
7. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb eines
Kniehebeltriebs, eines Gelenktrieb, einem weiteren Kurbeltrieb oder einer Kombination daraus der Kurbeltrieb (12) mit diesen
wirkverbunden angeordnet ist, wobei diese wiederum abtriebsseitig mit dem Stößel (5) wirkverbunden angeordnet sind.
8. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Motor (14) ein Permanent-Magnet-Motor angeordnet ist.
9. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Rotor (10) des Motors (14) mit einer fliegenden Lagerung an zumindest einem Ende der Kurbelwelle (1) angeordnet ist.
10. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (24) der Kurbelwelle (1) in aus dem Pressenrahmen (9) entnehmbaren Lagerschildem angeordnet sind.
11. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Längsachse zumindest einmal geteilte Kurbelwelle (1) angeordnet ist.
(Beispielsweise über Flanschverbindung abnehmbare Lagerzapfen oder Welle/Nabe- Verbindungen).
12. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) auf der Kurbelwelle (1) unlösbar angeordnet ist.
13. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung des Rotors (12) mit der Kurbelwelle (1) eine Schrumpfpassung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine
Reibschweißverbindung, eine Verklebung und/oder eine andere untrennbare Fügeverbindung angeordnet ist.
14. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rotor (10) Nuten und/oder Vertiefungen zur Aufnahme der
Permanentmagneten (22) angeordnet sind.
15. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Stator (4) koaxial zur Kurbelwelle (1 ) und/oder der Rotor über die Lager der Kurbelwelle geführt angeordnet ist.
16. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) eines Motors (14) auf einem Lager (31 ) an dem Rotor (10) angeordnet ist und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an dem
Stator (4) eine Drehmomentenstütze (32) mit Verbindung zum Pressenrahmen (9) angeordnet ist.
17. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei angeordneten
Kurbelwellen (1 ) jeder Stator (4) eines Motors (14) auf einem Lager (31) an dem Rotor (10) angeordnet ist und zur Kompensation der auftretenden Drehmomente an den Statoren (4) eine
Drehmomentenstütze (32) mit Verbindung zum Motor (14) auf der benachbarten Kurbelwelle (1) angeordnet ist.
18. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (14) und der Kurbeltrieb (12) innerhalb einer durch den Pressenrahmen (9) gebildete Tragkonstruktion angeordnet ist.
19. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Presskraft von über 200
Tonnen, bevorzugt über 500 Tonnen, besonders bevorzugt von über 800 Tonnen.
20. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Hub des Stößels (5) von über 300 m, bevorzugt über 600 mm, besonders bevorzugt von über 900 mm.
21. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung der Presse (21) für ein Fertigungsverfahren, das zumindest das Urformen, das Trennen, das Fügen, das Beschichten und/oder das Umformen, insbesondere das Metallumformen, umfasst.
22. Presse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung der Presse (21 ) als Kopfpresse (18) oder als Einarbeitungspresse für Werkzeuge einer Pressenstraße und/oder als zumindest eine Transferpresse in einer Transferpressenstraße (17) und/oder als Vorpresse (19) in Fertigungsrichtung (20) vor einer Transferpressenstraße (17).
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